楊建勛

（深圳市地質(zhì)局，廣東 深圳 518023）

我國是全球砂石需求量最大的國家，約占世界砂石骨料用量的45%，隨著我們基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建設(shè)力度的不斷加強(qiáng)，預(yù)計(jì)我國對(duì)砂石骨料的需求將不斷增大。礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵因素，但露天礦邊坡穩(wěn)定性問題一直是困擾露天開采的難點(diǎn)問題，也是關(guān)乎露天礦生產(chǎn)安全的關(guān)鍵性問題[1]。因?yàn)?，露天礦山邊坡穩(wěn)定性問題的研究顯得尤為重要。本文基于廣東省清遠(yuǎn)市某建筑用砂巖礦為研究對(duì)象，開展對(duì)礦山邊坡穩(wěn)定性的研究。

1 露天采場現(xiàn)狀

礦山于2016年11月申領(lǐng)采礦證開始進(jìn)行基建，2017年正式投產(chǎn)。礦山前期開采因受多方面因素制約，未嚴(yán)格執(zhí)行“至上而下”開采。礦山已基本完成剝離工作，目前形成面積約0.55km2的不規(guī)則采場。采場最低標(biāo)高+322.54m（東南部集水池），最高+642m（西側(cè)邊坡坡頂），相對(duì)高差319.46m。露天采場邊坡表土層臺(tái)階坡面角大部分為45°，局部因順層滑坡自然形成坡面角約30°～40°的邊坡；巖質(zhì)邊坡大部分臺(tái)階坡面角60°～70°，局部因順層滑坡自然形成坡面角約30°～40°的邊坡。目前礦山開采邊坡呈“凹”形分布依據(jù)邊坡的朝向特性，將礦區(qū)邊坡分為東南向、西南方向和北方向、東西方向；礦山邊坡分層開采，單層坡高15～30m，坡度55°～85°。

2 地質(zhì)環(huán)境背景

2.1 氣象水文

礦區(qū)靠近北回歸線，屬典型的南亞熱帶季風(fēng)候區(qū)，冬無嚴(yán)寒，夏無酷熱，氣候溫和。據(jù)氣象資料，區(qū)內(nèi)多年平均降雨量為2143.2mm（1993～2019年），年最大降雨量2739.5mm（1997年），本區(qū)為廣東省暴雨中心之一，最大日降雨量253.4mm（1997年5月8日），最大時(shí)降雨量47 mm（2001年9月1日）。區(qū)內(nèi)降雨量時(shí)間上分布不均勻，主要集中在每年4～9月的汛期，約占全年降雨量的80%，而且多為暴雨。區(qū)內(nèi)多年平均水面蒸發(fā)量的變化幅度不大，約在1200～1300mm之間，變化趨勢為由南向北遞減。

本區(qū)降水豐富，是廣東省三大降雨量高值區(qū)之一，極端降雨等氣象因素對(duì)礦山開采的邊坡安全有較大的影響，綜合評(píng)定礦區(qū)氣象水文條件復(fù)雜。

2.2 地形地貌

礦區(qū)處于低山丘陵地貌單元，位于低山與山前堆積平原分界附近，低山呈北東向展布，周邊地面標(biāo)高+140～+645m不等，總體地勢西北高，東南低，地形起伏大，自然坡度高、陡，一般20°～45°，局部呈70°～90°陡崖狀，因受長期剝蝕切割作用，山體溝壑起伏、溝谷密布。區(qū)內(nèi)溝谷走向主要由2條近東西走向的下切溝谷控制，屬于暴雨型溝谷。礦區(qū)內(nèi)植被茂盛，為人工桉樹種植林區(qū)，以桉樹及雜草為主，局部地段巖石裸露。綜上所述，礦區(qū)地形地貌條件復(fù)雜程度為復(fù)雜。

2.3 工程地質(zhì)巖組

礦區(qū)基巖主要為松散軟弱巖類和層狀巖類組成。松散軟弱巖類為風(fēng)化殘坡積土及強(qiáng)—中風(fēng)化巖帶覆蓋，覆蓋層厚度7.8～29.5m，具有粘性差、穩(wěn)定性差、吸水率高、易形成超飽和狀的特點(diǎn)。層狀巖類包括寒武系高灘組（∈g）及泥盆系桂頭群楊溪組（D y）和老虎頭組（D l）組成，原巖巖性復(fù)雜，包括寒武系高灘組（∈g）的泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖、雜砂巖、粉砂巖，泥盆系桂頭群楊溪組（D y）石英砂巖、含礫砂巖，砂礫巖和老虎頭組（D l）中粒、細(xì)粒石英砂巖、粉砂巖、頁巖等組成，層狀巖類傾向120°～155°，傾角30°～50°，與擬治理邊坡傾向一致。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)較為簡單，斷層構(gòu)造不發(fā)育。但變質(zhì)砂巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，沿裂隙節(jié)理面風(fēng)化作用強(qiáng)烈。評(píng)價(jià)區(qū)地層巖石種類較多，地質(zhì)構(gòu)造簡單、但節(jié)理較發(fā)育，區(qū)域地殼穩(wěn)定性屬于基本穩(wěn)定，考慮到地層產(chǎn)狀傾向與擬治理邊坡傾向，綜合評(píng)價(jià)地層巖石及地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜。

2.5 地下水

根據(jù)地下水賦存條件及鉆探揭露特征，擬治理區(qū)地下水類型可劃分為松散巖類孔隙水和層狀裂隙水兩類。考慮到評(píng)價(jià)區(qū)匯水面積大、地形高陡、大氣降雨對(duì)治理工程有較大的影響，綜合水文地質(zhì)條件復(fù)雜程度為中等。

3 露天采場邊坡分級(jí)

根據(jù)礦山開采設(shè)計(jì)，擬治理邊坡相對(duì)高差295.5m，屬高邊坡，邊坡高度等級(jí)指數(shù)H為2級(jí)；露天采場邊坡總邊坡角為50°，屬陡坡，坡度等級(jí)指數(shù)A為1級(jí)；礦山水文地質(zhì)條件為中等，工程地質(zhì)條件為復(fù)雜等級(jí)，根據(jù)就高原則，地質(zhì)條件等級(jí)指數(shù)G為1級(jí)。則因此，露天采場邊坡邊坡變形指數(shù)D=H+A+G=2+1+1=4，安全監(jiān)測等級(jí)為一級(jí)。

根據(jù)《非煤露天礦邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 51016-2014），邊坡高度等級(jí)為3級(jí)，邊坡危害等級(jí)為Ⅰ級(jí)，邊坡工程安全等級(jí)為Ⅰ級(jí)。

擬治理邊坡潛在威脅人數(shù)約45人，潛在經(jīng)濟(jì)損失約5000萬元。根據(jù)《廣東省地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估實(shí)施細(xì)則》（2019年修訂版），其地質(zhì)災(zāi)害危害程度等級(jí)嚴(yán)重。根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T 0218-2006）表6，危害對(duì)象等級(jí)劃分為一級(jí)。根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0219-2006）邊坡防治工程分級(jí)為一級(jí)。綜上露天采場邊坡工程等級(jí)定為一級(jí)。

4 邊坡穩(wěn)定評(píng)價(jià)

4.1 土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

采用圓弧滑動(dòng)法對(duì)邊坡的安全性進(jìn)行估算，結(jié)果表明，在一般天然條件下，土質(zhì)邊坡的邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是當(dāng)降雨量使邊坡土體處于飽和狀態(tài)時(shí)，穩(wěn)定性明顯降低，發(fā)生崩塌、滑坡的可能性增大。

預(yù)測擬治理邊坡中的土質(zhì)邊坡發(fā)生崩塌、滑坡的可能性在一般氣象條件下小，危險(xiǎn)性小，危害性小。但在降雨量使邊坡土體處于飽和狀態(tài)時(shí)，發(fā)生崩塌、滑坡的可能性中等，危險(xiǎn)性及危害性中等。危害對(duì)象主要為邊坡下面的作業(yè)人員及機(jī)械設(shè)備。

4.2 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

（1）邊坡面與地層（礦體）傾向基本一致的邊坡（順向坡）。根據(jù)勘查報(bào)告結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，礦體產(chǎn)狀為120°～155°，傾角30°～50°。位于礦區(qū)西側(cè)，拐點(diǎn)為：5-6-7-8-1-2組成的邊坡面（即開采面）與地層（礦體）傾向基本一致的邊坡（順向坡），本邊坡覆蓋層為7.8～29.5m左右，覆蓋層按土質(zhì)邊坡考慮，巖質(zhì)邊坡最高為280m，整個(gè)邊坡最高處達(dá)295m。本段巖質(zhì)邊坡高度按285m考慮（扣除上部的土層邊坡），邊坡走向總體按40°～50°考慮，最終坡角不小于50°計(jì)，礦層的傾向基本與開采面一致，傾角為30°～50°。

通過用赤平投影進(jìn)行分析，可知，本段邊坡的巖層傾角、傾向、坡角及走向決定了很有可能產(chǎn)生順序滑動(dòng)，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，因此，預(yù)測產(chǎn)生滑坡、崩塌的可能性大，危險(xiǎn)性大，危害性大。應(yīng)調(diào)整邊坡角，使邊坡角小于礦層的傾角，以降低順層滑動(dòng)的可能性。

（2）邊坡面與地層傾向垂直的邊坡。在本礦區(qū)的露天采場中，按方位可分為東、西兩段，其中西段為拐點(diǎn)4～5之間的地段；東段為拐點(diǎn)2～3點(diǎn)之間地段。西段坡面傾向?yàn)?5°，坡度最終為50°，臺(tái)階高度為15m，最終邊坡高度為185m，地形傾向與坡面基本垂直，但發(fā)育三組裂隙，其產(chǎn)狀分別為135°∠62°、210°∠70°、240°∠50°。

對(duì)以上節(jié)理進(jìn)行赤平投影，節(jié)理②、③傾向與邊坡傾向夾角較大，節(jié)理①傾向也與邊坡傾向夾角接近垂直，但三組節(jié)理與邊坡相交時(shí)，把邊坡切割成一個(gè)楔形體，因此，易發(fā)生發(fā)生崩塌、滑坡。節(jié)理交線傾角方向控制了楔形滑體的滑動(dòng)方向，交線傾伏的角度決定了滑動(dòng)的趨勢。本邊坡交線傾伏角大約60°左右。因此，如果邊坡坡角大于60°時(shí)，則很可能產(chǎn)生滑坡或崩塌。

預(yù)測本段邊坡產(chǎn)生滑坡、崩塌的可能性較大，危險(xiǎn)性較大，危害性大，危害對(duì)象主要為作業(yè)人員、施工設(shè)備及運(yùn)輸車輛等。

（3）邊坡面與地層（礦層）傾向相反的邊坡（反向坡）。在露天采場中，主要拐點(diǎn)為3～4之間的地段。地層傾向與坡面正好相反，即反向坡，最高坡高約165m，平均坡高約100m左右，由于層面有三組節(jié)理、裂隙均與坡面基本垂直，產(chǎn)生滑坡、崩塌的可能性小，不會(huì)對(duì)開采面的穩(wěn)定性有大的影響。但也不能排除局部有楔形破壞，形成崩塌，開采過程中要注意裂隙發(fā)育的情況，及時(shí)調(diào)整開采系數(shù)，避免楔形破壞。

預(yù)測本段邊坡產(chǎn)生滑坡、崩塌的可能性小，危險(xiǎn)性小，危害性小，危害對(duì)象主要為作業(yè)人員、施工設(shè)備及運(yùn)輸車輛等。

綜上所述，采場邊坡發(fā)生崩塌、滑坡的可能性大，必須采取治理措施。建議將邊坡面與地層（礦體）傾向基本一致的邊坡（順向坡）臺(tái)階坡面角調(diào)整為平均35°以下，以杜絕順層滑坡的可能性，并根據(jù)地層產(chǎn)狀的揭露情況實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整。建議將其他邊坡臺(tái)階坡面角調(diào)整至60°以下，以減小因楔形體產(chǎn)生的崩塌、滑坡。

5 治理工程措施

根據(jù)采場邊坡的形態(tài)特征、工程地質(zhì)性質(zhì)等特點(diǎn)，選擇安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、施工可行、盡量減少治理工程對(duì)周邊環(huán)境的影響的原則，充分分析前期地質(zhì)勘查工作成果的基礎(chǔ)上。針對(duì)影響邊坡穩(wěn)定性的控制因素、施工環(huán)境條件等，開展治理設(shè)計(jì)。

經(jīng)過對(duì)勘查報(bào)告的研讀和詳細(xì)的現(xiàn)場調(diào)查，根據(jù)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)定、規(guī)范，以地質(zhì)環(huán)境綜合治理，徹底消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，并兼顧“礦地統(tǒng)籌，先礦后地”的原則，規(guī)劃同步開展生態(tài)修復(fù)及后期的礦山景觀公園建設(shè)，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)可行的原則，建議采場邊坡邊坡治理項(xiàng)目邊坡采用“削坡卸載+截排水+綠化+監(jiān)測”的方案進(jìn)行治理。通過采取上述綜合措施后，使擬治理區(qū)達(dá)到穩(wěn)定和安全要求，治理后環(huán)境更加友好，更利于礦山閉坑后的土地復(fù)墾及生態(tài)環(huán)境修復(fù)。

6 結(jié)論

（1）礦區(qū)氣象水文條件復(fù)雜；礦區(qū)地形地貌條件復(fù)雜程度為復(fù)雜；地層巖石及地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜；水文地質(zhì)條件中等；工程地質(zhì)條件復(fù)雜；綜合評(píng)定礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件為復(fù)雜。

（2）采場5-6-7-8-1-2組成的邊坡面（即開采面）與地層（礦體）傾向基本一致的邊坡（順向坡）順坡向卸載裂隙發(fā)育，且頻發(fā)小—中型崩塌滑坡，可判別為可能失穩(wěn)的邊坡。邊坡現(xiàn)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。若不進(jìn)行治理，極有可能發(fā)生多層多級(jí)順層滑坡。

（3）建議地質(zhì)環(huán)境綜合治理，徹底消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，并兼顧“礦地統(tǒng)籌，先礦后地”的原則，規(guī)劃同步開展生態(tài)修復(fù)及后期的礦山景觀公園建設(shè)，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)可行的原則，建議采場邊坡治理項(xiàng)目邊坡采用“削坡卸載+截排水+綠化+監(jiān)測”的方案進(jìn)行治理。

（4）通過工程治理預(yù)期可達(dá)到大幅降低礦山露天采場邊坡安全隱患、改善景觀、實(shí)現(xiàn)自然資源節(jié)約集約利用的目的。有利于閉坑后的土地復(fù)墾及生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，有利于土地資源的節(jié)約集約利用。可達(dá)到安全、合理、有效以及最大化的回收與利用資源，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益相統(tǒng)一。